Thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho phân xưởng thuốc lá công suất 10080 m3h

2.3.2 Các tính chất vật lý – hoá học của dòng khí thải 2.3.2.1Tính chất của bụi Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước khác nhau khoảng một phân tử đến kíchthước nhìn thấy được, tồn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI CHO PHÂN

XƯỞNG THUỐC LÁ CÔNG SUẤT 10080 m 3 /h

GVHD: PGS.TS NGUYỄN NHẬT HUY

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.2: Các công đoạn phát sinh khí thải ở khu chế biến cọng 9Hình 2.3: Các công đoạn phát sinh khí thải ở khu chế biến sợi 10

Hình 4.2: Thiết bị lọc tay áo có hệ thống thổi khí nén để giũ bụi 42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.2: Thông số đầu vào và đầu ra của thiết bị hấp phụ 48Bảng 4.3: Tính chất của than hoạt tính BLP 4x6 49Bảng 4.4: Thể tích mol của một nguyên số nguyên tử 53Bảng 4.5: Chiều cao lớp than và thời gian làm việc 55Bảng 4.6: Thông số của bích nối đáy và nắp với thân tháp 62Bảng 4.7: Thông số của bích nối ống dẫn khí vào và ra thiết bị 63Bảng 4.8: Thông số của bích nối ống dẫn nước hơi quá nhiệt vào và ra 63Bảng 4.9: Thông số của bích nối ống dẫc nước ngưng đi ra 64Bảng 4.10: Thông số của bích của cửa nhập liệu và tháo liệu 65

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đã đạt được những thành tựu tolớn, có ý nghĩa rất quan trọng nhưng bên cạnh đó cũng dẫn đến nhiều hậu quả to lớn đốivới môi trường Môi trường không khí bị ô nhiễm trầm trọng Bụi xuất hiện ở nhiều nơi,phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất, giao thông, Ngoài ra, bụi còn ảnh hưởngnghiêm trọng đến sức khỏe con người, gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch,…

Ngành công nghiệp sản xuất thuốc lá cũng tăng mạnh theo thời gian Ngành côngnghiệp sản xuất thuốc lá ở Việt Nam có đóng góp đáng kể trong thu ngân sách nhà nướchàng năm Theo báo Nhân Dân điện tử, năm 2020, Tổng công ty thuốc lá Việt Nam nộpngân sách đạt 11 590 tỷ đồng Đồng thời cũng tạo việc làm cho nhiều người, cụ thể là

7756 cán bộ công nhân viên với mức lương khoảng 17.9tr đồng/ tháng/ người

Tuy nhiên, các nghiên cứu về thuốc lá cho thấy rất nhiều bệnh liên quan đến thuốc lá.Đặc biệt là trong công nghiệp, nguồn thải bụi từ thuốc lá là chủ yếu Nếu không được xử

lý hợp lý thì sẽ gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến những công nhân viên chức làm việctrong nhà máy, thậm chí là những người dân sống quanh khu vực bị xả thải Chính vì thế,nhóm chúng em đã được giao cho việc xây dựng hệ thống lọc bụi cho phân xưởng thuốc

lá công suất 10080 m3/h, đạt QCVN 19: 2009/BTNMT

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THUỐC LÁ

2.1 Qui trình sản xuất thuốc lá

Công nghệ chế biến thuốc lá được chia làm 3 công đoạn chính ở 3 phân xưởng: phânxưởng chế biến, phân xưởng sấy và phân xưởng cuốn điếu

Hình 2.1: Quy trình sản xuất thuốc lá

a Sấy

Một số nguyên nhân làm cho màu thuốc lá xấu đi là do độ ẩm trong thuốc tăng lên tạođiều kiện cho các enzyme oxy hoá hoạt động, quá trình oxy hoá hoạt động mạnh tạo sảnphẩm tối màu Thuốc sấy lại ở nhiệt độ 90-950C trong thời gian 30 phút bằng không khínóng Sau khi sấy độ ẩm còn lại 8-12%, giữ được màu sắc của thuốc, tiêu các loại nấmmốc, côn trùng

b Lên men

Quá trình này nhằm tạo mùi vị thích hợp, giảm vị đắng, tính kích thích, hương thơmđược tăng cường, nâng cao độ bền hoá lý của thuốc lá Quá trình lên men 20-30% glucidethuỷ phân, lượng đường tăng, protein giảm nhiều, Nicotine giảm 1-3%, lượng dầu thơmgiảm 17-18%, nhưng chỉ số este tăng, pectin phân huỷ nhiều, giảm khả năng hút ẩm.Quá trình lên men ở nhiệt độ 500C , độ ẩm 60-65%, thời gian 12-15 ngày:

Giai đoạn 1: Nâng cao nhiệt độ thuốc lá đến nhiệt độ qui định

Giai đoạn 2: Giữ nhiệt độ ổn định để quá trình hoá học, sinh học tiến hành mạnh.Giai đoạn 3: Làm nguội đến nhiệt độ bình thường 250C

Sau khi lên men sợi thuốc phải đạt yêu cầu cảm quan sau:

● Hương thơm bộc lộ rõ ràng, không có mùi hăng

● Màu sắc thuốc lá chuyển tốt hơn, độ bóng tăng lên

● Vị đắng kích thích giảm

c Hấp

Tăng độ ẩm, tạo cho thuốc mềm dẻo, đàn hồi, đuổi các tạp chất khí ở giai đoạn lênmen, phát huy được hương thơm của thuốc Hơi nóng dẫn từ nồi hơi áp cao xả vào nồihấp 10-15 phút, sau khi hấp thuốc có độ ẩm 16-17% Thuốc không đủ độ ẩm khi thái tỷ lệvụn rất cao

d Phối chế

Căn cứ vào chất lượng thuốc của loại cần sản xuất mà qui định tỷ lệ phối chế giữa cáccấp nguyên liệu Các loại thuốc đem phối chế được trộn đều, rũ tơi để đảm bảo đồng nhất

về chất lượng mẻ thuốc

e Làm dịu - thái sợi

Trước khi đem thái sợi thuốc lá được làm dịu bằng cách phun nước hay cho hơi ẩm điqua nhằm làm tăng tính đàn hồi và đảm bảo độ ẩm 17-18% thích hợp cho việc thái sợi.Thái sợi tuỳ theo loại thuốc mà có cỡ thái sợi khác nhau Yêu cầu khâu thái sợi phải đồngđều, tơi, ít vụn, nát

g Đóng bao

Đóng bao để bảo thuốc trong thời gian bảo quản và thuận lợi trong việc tiêu dùng,tăng vẻ đẹp sản phẩm, vì vậy bao thuốc phải đạt yêu cầu về chất lượng và mỹ quan

2.2 Các công đoạn phát sinh khí thải

2.2.1 Khu chế biến cọng:

Hình 2.2: Các công đoạn phát sinh khí thải ở khu chế biến cọng

2.2.2 Khu chế biến sợi:

Hình 2.3: Các công đoạn phát sinh khí thải ở khu chế biến sợi

2.3 Tổng quan về bụi và khí thải phát sinh từ quá trình sản xuất thuốc lá

2.3.1 Nguồn gốc

Thành phần chủ yếu các chất có trong thuốc lá là nhóm Alkaloid, nhóm các chất thơm,nhóm glucide, các acid hữu cơ,các chất khoáng

● Nhóm Alkaloid: là nhóm chứa các bazơ có Nitơ

● Nhóm các chất thơm: chủ yếu là các muối của acid malic, acid camphoric,muối nicotin, nhựa, dầu thơm

● Nhóm glucid: đường, tinh bột, xenlulose, pentozane, tuy nhiên trong quá trìnhchế biến thuốc lá các glucid bị biến đổi khá nhiều

● Các acid hữu cơ: acid malic, acid suxinic, acid fumaric, acid oxalic

● Các chất khoáng: canxi, kali, magie tồn tại trong thành phần của các muối hữucơ

Trong quá trình gia công nguyên liệu ,thành phần hoá học của thuốc lá thay đổikhá nhiều Hầu hết các nhóm chất hữu cơ có trong thành phần của nó đều thay đổi cả về

số lượng lẫn chất lượng Tuy nhiên chất gây ô nhiễm mùi và có tính độc hại cao trong sảnxuất thuốc lá là nhóm Alkaloid, có Nicotine là chủ yếu Ngoài ra còn có những chất nhưNicotelin, nicotein, nicotimin…chiếm môt lượng rất bé Chính vì vậy mà thành phần khíthải của nhà máy sản xuất thuốc lá chủ yếu là bụi và Nicotine

2.3.2 Các tính chất vật lý – hoá học của dòng khí thải

2.3.2.1Tính chất của bụi

Bụi là một tập hợp nhiều hạt, có kích thước khác nhau (khoảng một phân tử đến kíchthước nhìn thấy được), tồn tại lâu trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng và các hệkhí có nhiều pha: hơi, khói, mù

Dòng khí ô nhiễm đầu vào nhiễm bụi có kích thước dưới 5 μm chiếm 30 – 40%, vớinồng độ trong không khí là 50 mg/m3

● Bụi thô, cát bụi (grit): các hạt bụi rắn có δ > 75 μm.

b Tính kết dính

Các hạt bụi có xu hướng dính vào nhau, với độ kết dính cao thì bụi có thể dẫn đến tìnhtrạng nghẹt một phần hay toàn bộ thiêt bị tách bụi Hạt bụi càng mịn thì chúng càng dễbám vào bề mặt thiết bị Với những khối bụi có 60-70% số hạt bé hơn 10 μm thì rất dễdẫn đến dính bết, còn khối bụi có nhiều hạt trên 10 μm thì dễ trở thành tơi xốp

c Độ mài mòn

Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vậntốc dòng khí và cùng nồng độ bụi Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước, khốilượng hạt bụi

d Độ thấm ướt

Độ thấm ướt của bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị tách bụi kiểuướt, đặc biệt khi làm việc ở chế độ tuần hoàn Các hạt phẳng dễ thấm ướt hơn các hạt có

bề mặt gồ ghề bởi vì chúng có thể bị bao phủ một lớp vỏ khí hấp phụ làm trở ngại sự thấmướt Theo tính chất thấm ướt các vật thể rắn được chia thành 3 nhóm sau:

● Vật liệu háo nước: dễ thấm ướt như canxi, thạch anh, silicat, khoáng oxi hoá,halogen các kim loại kiềm…

● Vật liệu kị nước: khó thấm ướt như graphit, than, lưu huỳnh…

● Vật liệu hoàn toàn không thấm ướt: paraffin, teflon, bitum…

e Độ dẫn điện

Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi và phụ thuộc vào tínhchất của từng hạt bụi riêng lẽ (độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện trong, kích thước, hìnhdạng ) cấu trúc lớp hạt và các thống số của dòng khí Chỉ số này ảnh hưởng rất lớn đếnkhả năng làm việc của các bộ phận lọc điện Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vàophương pháp tạo thành, thành phần hoá học, cả những tính chất vật chất mà chúng tiếpxúc Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đến hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ táchbụi ướt lọc), đến tính nổ và bết dính của các hạt

ra từ sơn là tổng các hợp chất hữu cơ bay hơi thoát ra từ quá trình sơn, ngoại trừ

nước.VOCs được đo bằng đơn vị gram/lít

Nicotine là một alkaloid (bazơ gốc Nitơ) được tạo thành từ các dị vòng piridin vàpirrolidin, thuộc nhóm Pyridine Nicotine có nhiều trong lá của cây thuốc lá, Nicotinechiếm 0,3 đến 5% của cây thuốc lá khô, được tổng hợp sinh học từ gốc và tích luỹ trên lá.Năm 1828, Possel và Reimann tách được Nicotine từ cây thuốc lá Nicotine được sử dụnglàm thuốc trừ sâu trong nông nghiệp và sản xuất thuốc lá

Trong khí quyển nếu có VOCs sẽ xảy ra phản ứng quang hóa học, VOC + ánhsáng + NO2+ O2 => O3 + NO + CO2+ H2, mà như chúng ta đã biết Ozon và CO2khí nhà kính ảnh hưởng tới khí quyển cũng như xấu tới sức khỏe của con người.Chỉ với nồng độ thấp ozon cũng có thể phá hoại đất trồng, kích thích mắt và làmgiảm sức đề kháng của con người.

Nicotine là 1 bazơ nên có phản ứng kiềm mạnh tạo muối bền, kết tủa của cácmuối kim loại nặng như Pb, Hg Nicotine là một chất lỏng như dầu, hút ẩm và cóthể trộn lẫn với nước trong dạng bazơ của nó Nicotine tạo ra các muối với các axít,thông thường có dạng rắn và hòa tan được trong nước

2.4 Tác hại

2.4.1 Tác hại của bụi

Bụi sinh ra trong không khí sẽ gây rất nhiều tác hại khác nhau nhưng trong đó tác hạiđối với sứa khoẻ của con người là quan trọng nhất Nhờ có hệ thống liên bào trụ lông ởmũi, khí phế quản và màng niêm dịch của đường hô hấp, mà ta có thể cản và loại trừ được90% bụi có kích thước lớn hơn và bằng 5 μm Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5 μm cóthể theo không khí thở vào đến phế nang, sau đó chúng có thể loại ra khoảng 90%, số cònlại đọng trong phổi và đường hô hấp, có thể gây ra một số bệnh có thể ảnh hưởng đến sứckhỏe con người và sinh quyển Bụi gây tác hại trực tiếp đến con người cũng như động vật,bụi có thể gây tổn thương mắt, da, hệ tiêu hóa, nhưng chủ yếu vẫn là tác động lên hệ hôhấp:

● Bệnh phổi nhiễm bụi: đây là bệnh thường gặp trong số các bệnh nghề nghiệp.Trong khoảng trên 20 năm lại đây, bệnh này chiếm khoảng 40 – 70% bệnh nghềnghiệp nội thương Bệnh gây ra do thường xuyên hít thở bụi khoáng và kim loạidẫn đến hiện tượng xơ hóa phổi, làm suy chức năng hô hấp Tùy theo loại bụi hítphải mà gây nên các bệnh bụi phổi khác nhau, như: Silicose, Asbestose, Beriliose,Aluminose, Anthracose, Siderose…

● Bệnh đường hô hấp : tùy theo nguồn gốc các loại bụi mà gây ra các bệnh viêmmũi, họng, khí phế quản khác nhau.

● Bệnh ngoài da : bụi tác động đến các tuyến nhờn làm khô da, phát sinh các bệnh vềda

Bụi có thể làm giảm khả năng quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước của cây do các bềmặt lá bị che lấp Một số loại bụi khi tiếp xúc với các thiết bị, đồ vật bằng kim loại trongkhông khí sẽ gây ăn mòn Môi trường bị ô nhiễm bụi sẽ làm giảm đi vẻ đẹp của thiênnhiên, giảm tầm nhìn của sinh vật trong không khí, ảnh hưởng đến tinh thần và sức khỏecủa con người

2.4.2 Tác hại của VOCs

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi sinh của Mỹ thì 9% hợp chất gây ô nhiễm môi trường là dohàm lượng VOCs Hiệp hội các bệnh về phổi ở Mỹ (American Lung Association) báo cáoVOC có thể gây khó chịu mắt và da, các vấn đề liên quan đến phổi và đường hô hấp, gâynhức đầu, chóng mặt, các cơ bị yếu đi hoặc gan và thận bị hư tổn

Nicotine là một trong những VOCs có độc tính cao, với liều lượng nhỏ Nicotine gâynhức đầu, nôn mữa Với liều lượng lớn hơn, Nicotine làm tê liệt thần kinh và tê liệt hoạtđộng của tim

Nicotine là thủ phạm chính gây ung thư phổi Nó tiêu diệt các tế bào mang tổn thương

di truyền Bình thường, khi tế bào già đi hay bị tổn thương, chương trình đặc biệt trongADN được kích hoạt, phát lệnh cho tế bào ngừng phân chia và chết đi Nicotine xoá cơchế bảo vệ này và ép tế bào tiếp tục sống Nicotine càng tồn tại lâu trong phổi thì các tếbào bị tổn thương vì chất gây ung thư sẽ càng sống lâu, làm tăng nguy cơ ung thư

Vì vậy, chúng ta cần phải xử lý khí nicotine có trong khí thải dù nó không được quyđịnh trên QCVN hiện hành

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 3.1 Các phương pháp xử lý bụi

3.1.1 Phương pháp xử lý bụi khô

Trong thiết bị xử lý bụi khô, hạt bụi được tách ra bằng cách lắng bởi trọng lực, lựcquán tính và lực ly tâm hoặc được lọc qua vách ngăn xốp

Để nâng cao hiệu quả xử lý bụi của buồng lắng, người ta tăng chiều dài đường đi củahạt bụi bằng cách đặt thêm các tấm chắn Các tấm này còn có tác dụng làm mất độngnăng của hạt bụi nên các hạt bụi sẽ bị giữ lại nhiều hơn trong thiết bị

Người ta có thể giảm chiều cao lắng (bằng cách chia buồng lắng thành nhiều tầng đềunhau) để nâng cao hiệu quả lắng Dạng buồng lắng này được áp dụng khá phổ biến trongcông nghiệp Nhờ chia thành nhiều tầng nên kích thước của buồng lắng được thu gọn, ítchiếm diện tích nhưng vẫn lọc được một lưu lượng khí với hiệu suất lọc cao Nhược điểmchủ yếu của thiết bị này là khó dọn vệ sinh khi bụi bám đầy trên các tầng

3.1.1.2Phương pháp quán tính

Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là làm thay đổi chiều hướng chuyển động củadòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau.Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển

động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng

và rơi xuống đáy thiết bị

Hình 3.1:Thiết bị lọc bụi venturi

● Thiết bị kiểu lá sách: sử dụng các tấm chắn đặt song song nhau và chéo góc vớihướng chuyển động ban đầu của dòng khí Nhờ sự thay đổi hướng chuyển độngcủa dòng khí một cách đột ngột, bụi sẽ được dồn lại ở ống thoát và được xả vàothùng chứa cùng với khoảng 10% lưu lượng khí thải

Hình 3.2: Thiết bị kiểu lá sách 3.1.1.3Phương pháp ly tâm

Nguyên lý hoạt động: dòng khí chuyển động vào cyclone theo phương tiếp tuyến Cáchạt bụi sẽ chuyển động ly tâm Bụi va đập vào thành cyclone làm mất động năng và rơixuống Dòng khí sạch sẽ chuyển động lên trên

Hình 3.3: Cyclone ly tâm

Ưu điểm của phương pháp:

● Thiết bị chế tạo đơn giản

● Vận hành dễ dàng

● Có thể làm việc với nhiệt độ môi trường cao

● Thu bụi dạng khô nên tái sử dụng được

● Chế độ làm việc của thiết bị tương đối ổn định

Tuy nhiên khi sử dụng cyclone vẫn có một số nhược điểm:

● Hiệu suất xử lý kém đối với các hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 10μm

Giai đoạn hai: giai đoạn không ổn định do có sự thay đổi cấu trúc của lớp lưới lọc bởinhiều hạt bụi bị giữ lại trong đó, ảnh hưởng của độ ẩm hoặc bởi các nguyên nhân kháclàm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc của lưới lọc thay đổi rõ rệt

Các dạng lưới lọc bụi:

● Lưới lọc kiểu tấm: cấu tạo gồm một khung hình vuông hoặc hình chữ nhật, hai mặt

là các tấm tôn đục lỗ và ở giữa xếp nhiều tấm lưới thép chồng lên nhau để tạothành nhiều lỗ rỗng zich-zac

● Lưới lọc kiểu rulô tự cuộn

● Lưới lọc bằng sợi

● Túi lọc tay áo

Hình 3.4: Thiết bị lọc tay áo 3.1.1.5 Phương pháp lọc điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện là thiết bị sử dụng một hiệu điện thế cao để tách bụi, hơi,sương, khói khỏi dòng khí Trong quá trình hoạt động của thiết bị, có 4 bước cơ bản đượcthực hiện là:

● Dòng điện làm các hạt bụi bị ion hóa

● Chuyển các ion bụi đến các bề mặt thu bụi bằng lực điện trường

● Trung hòa điện tích của các ion lắng trên bề mặt thu bụi

● Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu bụi Các hạt bụi có thể được tách ra bởi một áplực hay nhờ rửa sạch

Hình 3.5: Phương pháp lọc điện

Ưu điểm của phương pháp:

● Hiệu suất thu hồi bụi cao, có thể lên đến hơn 99 %

● Có thể thu hồi bụi kích thước nhỏ, d ≤ 0,1 μm với nồng độ lớn 5.107 mg/m3

● Có thể tự động hóa hoàn toàn khâu vận hành

● Chịu nhiệt độ cao đến 500˚C

● Có thể làm việc với áp suất cao hay áp suất chân không

● Có khả năng hoạt động linh hoạt với bụi cả ở dạng lỏng và rắn

Nhược điểm của phương pháp:

● Vì tính chất nhạy cảm nên chúng khó xử lý bụi có nồng độ bụi thay đổi lớn.Khi thay đổi nhỏ các thông số vận hành của thiết bị cũng có thể dẫn đến thay đổi hiệu suấtthiết bị

● Chi phí chế tạo cao, phức tạp hơn các thiết bị khác

● Chi phí vận hành và bảo dưỡng thiết bị cao

● Thiết bị dễ bị ăn mòn, hư hỏng trong điều kiện khí thải có chứa hơi axit haycác chất ăn mòn

● Cần có không gian đặt thiết bị lớn

● Vì thiết bị hoạt động trong điều kiện điện thế và nhiệt độ cao nên trong quátrình hoạt động có thể xảy ra các phản ứng giữa các chất khí có trong khí thải, tạo ra

những sản phẩm khó kiểm soát và gây ô nhiễm môi trường, ví dụ sự tạo thành NOx hayO3.

3.1.2 Phương pháp xử lý bụi ướt

● Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động

● Thiết bị rửa khí với lớp đệm dao động

● Thiết bị sủi bọt

● Thiết bị rửa khí va đập – quán tính

● Thiết bị rửa khí ly tâm

● Thiết bị rửa khí vận tốc cao

Hình 3.6: Thiết bị rửa khí đệm

Hình 3.7: Thiết bị rửa khí trần

3.1.2.3 Ưu điểm

● Hiệu quả xử lý bụi cao hơn, thiết bị chế tạo với giá thành thấp

● Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1 μm

● Có thể sử dụng khi nhiệt độ và độ ẩm cao

● Nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất

● Cùng với bụi có thể xử lý hơi và khí

3.1.2.4 Khuyết điểm

● Bụi thu được ở dạng cặn, đòi hỏi phải xử lý nước thải, làm tăng giá thành

xử lý, làm phức tạp hệ thống thoát nước và xử lý nước thải

● Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo dòng khí, theo vào ống dẫn và máyhút

● Dòng khí ẩm làm han gỉ đường ống và các bộ phận của thiết bị lọc

3.2 Phương pháp xử lý VOCs

Ta có thể sử dụng các biện pháp kiểm soát VOCs trong không khí để xử lý hơi

Nicotine trong dòng khí thải Dưới đây là 5 phương pháp được sử dụng phổ biến và chohiệu quả xử lý cao:

● Phương pháp oxi hóa nhiệt (Thermal oxidation)

● Phương pháp oxi hóa xúc tác (Catalytic oxidation)

● Phương pháp hấp phụ (Adsorbtion)

● Phương pháp ngưng tụ (Condensation)

● Phương pháp sinh học (Biotechnology)

3.2.1 Phương pháp oxi hoá nhiệt

3.2.1.1 Nguyên lý

Phương pháp oxi hóa nhiệt hay còn gọi là phương pháp đốt bằng ngọn lửa trực tiếp,được áp dụng khi lượng khí thải lớn mà nồng độ chất ô nhiễm cháy được lại rất bé Chất ônhiễm có trong dòng khí đầu vào buồng đốt sẽ cháy trực tiếp trong không khí mà khôngcần cấp thêm nhiên liệu bổ sung, chỉ cần nhiên liệu để mồi lửa và sự điều chỉnh Quá trìnhoxi hóa nhiệt thích hợp cho khoảng thay đổi nồng độ Nicotine lớn (từ 10 – 10000 ppm).Dòng khí thải được giữ ở nhiệt độ tự cháy trong khoảng thời gian lưu trong buồng đốt.Nhiệt độ dòng khí từ 1000 – 2000˚F (540 – 1100˚C)

Phương pháp oxi hóa nhiệt cho hiệu quả xử lý từ 95 – 99%

3.2.1.2Ưu điểm

● Phân hủy hoàn toàn Nicotine trong khí thải

● Thích ứng với sự thay đổi lưu lượng và tải lượng Nicotine trong dòng khí

● Có thể thu hồi nhiệt thải ra trong quá trình đốt

3.2.1.3Nhược diểm

● Chi phí đầu tư thiết bị, vận hành lớn

● Có thể gây nên ô nhiễm không khí khi thành phần khí sau đốt có chlorine,Nitơ, lưu huỳnh

● Có thể cần cấp thêm nhiên liệu bổ sung, xúc tác, gậy trở ngại cho quá trìnhvận hành thiết bị

3.2.2 Phương pháp oxi hoá xúc tác

3.2.2.1Nguyên lý

Quá trình oxi hóa xúc tác hay còn gọi là quá trình thiêu đốt có xúc tác là sự oxi hóachất ô nhiễm trên bề mặt chất xúc tác – những chất có vai trò làm tăng vận tốc phản ứnghóa học Quá trình này hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn so với oxi hóa nhiệt Do có sự tồn

tại của chất xúc tác, những phản ứng oxi hóa xảy ra ở nhiệt độ chỉ từ 500 – 1000˚F (260 –540˚C) với thời gian lưu thấp hơn thời gian lưu trong buồng đốt.

Chất xúc tác được dùng trong quá trình thiêu đốt thường là các kim loại quý như:Platinum hay Palladium, hay các vật liệu bằng gốm

Trong quá trình hoạt động, chất xúc tác dần dần bị giảm hoạt tính do nhiều nguyênnhân như:

Do đó chất xúc tác cần phải được tái sinh hoặc thay mới theo chu kì

Hiệu quả xử lý của quá trình là 95 – 99%

Dựa theo bản chất của quá trình hấp phụ, người ta phân biệt hai loại hấp phụ:

● Hấp phụ vật lý: là hiện tượng tương tác thuận nghịch của các lực hút giữacác phân tử chất rắn và của chất bị hấp phụ

● Hấp phụ hóa học: là kết quả của sự tương tác hóa học giữa chất rắn và chất

bị hấp phụ

Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế hấp phụ:

● Bản chất hóa học của chất bị hấp phụ

● pH, nhiệt độ, cường độ ion, các chất lạ

● Sự cạnh tranh tương tác giữa chất hấp phụ, chất bị hấp phụ và môi trường.Hấp phụ là phương pháp phổ biến để thu hồi hơi dung môi bằng các chất hấp phụ có

độ xốp mịn như: than hoạt tính, silicagel, keo nhôm, zeolit, thủy tinh lỗ xốp; ngoài ra còn

có các vật liệu hấp phụ trên cơ sở than hoạt tính như: vải, sợi than hoạt tính có khả nănghấp phụ tốt và bền nhiệt

Phương pháp hấp phụ được sử dụng hiệu quả trong trường hợp cần xử lý và thu hồihơi dung môi trong dòng khí ô nhiễm, với điều kiện hơi dung môi có khối lượng phân tử(M):50 < M< 200 g/mol Hợp chất có khối lượng phân tử thấp thường không được hấpphụ đầy đủ, hợp chất có khối lượng phân tử cao thì hấp phụ quá mạnh làm cho việc táisinh vật liệu gặp khó khăn Việc xem xét khối lượng phân tử của hợp chất bị hấp phụđược xem như là một nguyên tắc và là một sự phù hợp của hệ thống hấp phụ

Dòng khí chứa chất ô nhiễm thường có nhiệt độ cao, do đó cần được giảm nhiệt trướckhi vào hệ thống hấp phụ vì hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt, hiệu quả của quá trình hấp phụtăng lên khi nhiệt độ giảm xuống Khi chất rắn tiến dần đến mức bão hòa hơi dung môi thìtừng lớp sẽ được tách ra và đem đi tái sinh bằng dòng khí áp suất thấp hoặc dòng khí trơnóng để tiến hành thu hồi Nicotine từ chất rắn.

Hệ thống hấp phụ thường được dùng khi khoảng thay đổi nồng độ VOCs lớn, từ 10 –

10000 ppm Nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí đầu vào thiết bị hấp phụ không đượclớn hơn 25% LEL

Hiệu quả của quá trình hấp phụ: 98 – 99% cho cả hệ thống thu hồi dung dịch và hệthống có xử lý sơ bộ

3.2.3.2 Ưu điểm

● Có thể thu hồi lượng Nicotine trong dòng khí thải

● Có hiệu quả xử lý cao, lên đến 98 – 99%

● Có chi phí đầu tư trung bình

● Thời gian lưu khí ngắn

● Vận hành tương đối đơn giản

3.2.3.3Nhược điểm

● Chi phí vận hành cao

● Dễ xảy ra hiện tượng cháy nổ khi chất hấp phụ được sử dụng là than hoạttính

Hình 3.8: Thiết bị hấp phụ than hoạt tính

3.2.4 Phương pháp ngưng tụ

3.2.4.1Nguyên lý

Ngưng tụ là một quá trình tách hợp chất bằng cách làm lạnh dòng khí hay giảm áp chodòng khí, tạo điều kiện cho một hay nhiều thành phần tách ra khỏi hỗn hợp dưới dạngchất lỏng Quá trình ngưng tụ xảy ra khi áp suất riêng của thành phần trong pha khí bằnghoặc lớn hơn áp suất hơi của thành phần tinh khiết trong chất lỏng ở cùng một điều kiện.Hiệu quả của phương pháp ngưng tụ khí ô nhiễm phụ thuộc vào áp suất hơi của thànhphần bị tách, áp suất và nhiệt độ của quá trình ngưng tụ và nồng độ của các cấu tử trongdòng khí

Hệ thống ngưng tụ xử lý dòng khí bằng cách làm cho chúng ngưng tụ ở trên bề mặtlạnh Điều kiện lạnh có thể được tạo bởi: quá trình trao đổi nhiệt gián tiếp qua nước lạnhhoặc bằng cách phun dòng chất lỏng lạnh vào buồng chứa khí ô nhiễm

Ngoài tác nhân lạnh là nước, có một vài chất làm lạnh khác như CaCl2, Freon, metylenchloride…Nồng độ Nicotine được làm giảm ở mức tương đương với áp suất hơi củaNicotine ở nhiệt độ dòng khí đầu vào.

Hiệu quả của quá trình phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ dòng khí đầu vào thiết bị, ởnhiệt độ trong khoảng từ 5–10˚C, hiệu quả xử lý là 90 – 99%

Kỹ thuật ngưng tụ nhìn chung ít hiệu quả hơn các kỹ thuật khác, thiết bị ngưng tụthường được sử dụng kết hợp với nhiều công nghệ xử lý khác nhau

3.2.4.2 Ưu điểm

● Không phát sinh thêm chất ô nhiễm khác

● Thu hồi được chất ô nhiễm có giá trị kinh tế

3.2.4.3 Nhược điểm

● Kém hiệu quả hơn các phương pháp khác nếu nồng độ chất ô nhiễm thấp

● Gây ra những vấn đề về xử lý nước thải

● Có khả năng ăn mòn đường ống vì dòng khí có chứa hơi nước

cơ độc hại có khả năng phân hủy sinh học có trong dòng khí thải đầu vào Lượng sinhkhối trong quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học nhỏ hơn nhiều so với lượngsinh khối sinh ra trong quá trình xử lý nước thải

Cơ chế của quá trình diễn ra như sau: đầu tiên, chất ô nhiễm được hấp thụ vào mộtmàng nước có chứa vi khuẩn Sau đó, các vi khuẩn chuyển hóa chất ô nhiễm thành năng

lượng và chất dinh dưỡng Sản phẩm sau cùng của quá trình trao đổi chất đồng thời cũng

là của quá trình xử lý khí thải là CO2, H2O và tế bào vi khuẩn

Để thực hiện được phương pháp xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học, chất ônhiễm phải có nồng độ trong dòng khí thải thấp và phải có khả năng phân hủy sinh học.Theo lý thuyết, quá trình lọc sinh học có hiệu suất trên 80% phụ thuộc vào tính chấtcủa chất ô nhiễm Hiệu suất loại bỏ VOCs khỏi hỗn hợp khí phụ thuộc vào các yếu tố:

● Mức độ tiếp xúc giữa dòng khí và môi trường

● Độ ẩm tối ưu 35 – 60%

● Nồng độ chất ô nhiễm trong dòng khí phải thấp, từ 5 – 500 ppm

● Thời gian lưu

● Bản chất chất ô nhiễm

Có hai hệ thống xử lý khí bằng phương pháp sinh học là:

● Máy lọc sinh học : vi sinh chứa trong chất lỏng và tác dụng với không khí ônhiễm như là một chất hấp thu

● Bể lọc sinh học : vi sinh chứa trong vật liệu đệm như: đất, compost, thanhoạt tính dạng bột, vật liệu đệm tổng hợp có tính trơ Vi sinh sống trong màng nước baoquanh chất rắn, khí hấp thu vào màng nước và bị đồng hóa Bể lọc sinh học gồm 2 loại:Biofilter và Biotrickling filter

Biofilter: dòng khí ô nhiễm mang theo hơi ẩm vào trong bể lọc Trong bể thường sửdụng hỗn hợp của nhiều loại vật liệu làm lớp đệm như: than bùn, vỏ cây, than củi vànhững chất có độ xốp lớn Trên lớp đệm này, vi sinh vật sẽ sống bám và phân hủy các hợpchất hữu cơ có trong dòng khí đầu vào như là nguồn thức ăn của chúng Biofilter có cấutrúc đơn giản và hiệu quả chấp nhận được Biofilter được sử dụng rộng rãi trong việc xử

lý mùi và các VOCs dễ phân hủy sinh học và không sản sinh ra chất trung gian mang tínhaxit

Biotrickling filter : Có quá trình làm việc gần giống như Biofilter, ngoại trừ việc cómột pha lỏng chảy nhỏ giọt trên lớp vật liệu đệm Lớp vật liệu đệm này được làm từ vậtliệu tổng hợp hay các loại vật liệu trơ, như các loại vòng nhựa, bọt biển, đá dung nham…Dung dịch nhỏ giọt chứa các chất dinh dưỡng vô cơ cần thiết như: Nitơ, Phốtpho, Kali…

và được tuần hoàn trở lại Biotrickling filter có cấu trúc phức tạp hơn Biofilter nhưng chohiệu quả xử lý cao hơn, đặc biệt là với những chất sản sinh ra chất trung gian có tính axitnhư H2S Biotrickling filter có thể được xây dựng cao hơn biofilter và được sử dụng rộngrãi hơn so với biofilter

3.2.5.2 Ưu điểm

● Thiết bị đơn giản, vận hành không phức tạp

● Không sinh ra thêm chất ô nhiễm từ CO2, H2O sinh khối và khoáng chất

● Quá trình xảy ra ở nhiệt độ thường và an toàn

● Vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp hơn các phương pháp khác

● Lượng năng lượng cần thiết thấp

3.2.5.3 Nhược điểm

● Chỉ hiệu quả đối với chất ô nhiễm đặc trưng

● Gây ăn mòn thiết bị và đường ống

● Nhạy với sự thay đổi nhiệt độ, nồng độ và hơi nước

● Khó khăn trong việc kiểm soát hơi nước khi nạp chất ô nhiễm cao

QUY CHUẨN VIỆT NAM VỀ NỒNG ĐỘ BỤI VÀ KHÍ NICOTINE

Quy chuẩn Việt Nam 19: 2009/BTNMT

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

● Phạm vi điều chỉnh: Quy chuẩn này quy định nồng độ tối đa cho phép của bụi

và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp khi phát thải vào môi trườngkhông khí

● Đối tượng áp dụng: Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quanđến hoạt động phát thải khí thải công nghiệp có chứa bụi và các chất vô cơ vàomôi trường không khí

● Nồng độ tối đa cho phép:Cmax= C×Kp×Kv

Kp: Hệ số lưu lượng nguồn thải

Theo mục 2.2 QCVN 19: 2009/BTNMT – cột B, ta có: Cbụi= 200 mg/Nm3(Nhà máyhoạt động từ sau ngày 01/01/2015)

Theo mục 2.3 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta có lưu lượng nguồn thải là

10080 m3/h < 20000 m3/h nên hệ số Kp = 1 (lưu lượng nhỏ)

Theo mục 2.4 QCVN 19: 2009/BTNMT, ta chọn hệ số Kv = 1,0 (giả sử nhà máy đặt ởvùng ngoại thành, có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị ≥ 2km)

Nồng độ tối đa cho phép của bụi là C = 200 1 1 = 400 mg/Nm 3

3.3 Quy trình công nghệ xử lý khí thải

3.3.1 Sơ đồ công nghệ 1: Nhà máy thuốc lá KTC Khánh Hòa

Tóm tắt quy trình xử lý bụi, mùi như sau: không khí bẩn sau khi qua xiclon lọc thôđược dẫn vào tháp trao đổi kiểu màng nước Bụi tinh sẽ được nước làm ướt tăng khốilượng sẽ rớt xuống đáy thùng thu bùn; không khí sạch bụi nhưng còn mùi cho qua tháplàm khô sau đó được quạt hút đưa về tháp hấp thu là than hoạt tính trước khi thoát ra môitrường

Hình 3.10: Sơ đồ công nghệ 1

3.3.2 Sơ đồ công nghệ 2: Nhà máy thuốc lá Bến Tre

Hình 3.11: Sơ đồ công nghệ 2

Khí thải sinh ra trong quá trình sản xuất thuốc lá (chủ yếu là quá trình rang cọng, sấysợi, xông hương, gia liệu, phân ly sợi, phân ly cọng,…) được thu gom nhờ chụp hút, theo

hệ thống đường ống mà khí thải được dẫn trực tiếp vào thiết bị lọc túi vải, dòng khí bẩn sẽ

đi từ dưới lên qua các túi vải và khí sạch đi từ trong ra ngoài, bụi sẽ bị giữ lại bên trongcác túi vải, khí đi ra sẽ được tiếp tục cho vào thiết bị hấp thụ để lọc mùi, khí sạch sẽ đitheo ống thoát đến quạt hút và được thải ra ngoài qua ống thải Thiết bị sẽ được rũ bụiđịnh kì và thu hồi bụi thông qua cửa xả bụi

Ưu điểm:

● Khả năng xử lý tốt, khí đầu ra đạt chuẩn